2019年度 SDGs特集

愛する故郷 天草を守りたい!
~高校生が地球温暖化による海面水位上昇量を予測する~

掲載日:2020年03月12日
日本科学未来館(東京都江東区)の展望デッキにて

「地球温暖化」が誰もが知る言葉となって久しいが、これを自分の問題と捉え、危機感を持っている人はどれぐらいいるだろうか。熊本県立天草高等学校科学部は、2017年から地球温暖化による海面水位の上昇量の予測に取り組み、地域への影響を調べる研究を行ってきた。研究を通じて地球温暖化を自分の問題として捉えられるようになった今、海面水位の上昇を予測する研究の輪をさらに広げようとしている。


花粉と珪藻を手掛かりに海面水位上昇の予測に取り組む

「私たちが行動を起こし、地球温暖化を解決しなければなりません。未来のために、今できることがあります」

2019年11月、サイエンスアゴラのメインステージで、天草高校2年生で科学部に所属する山下志乃さんは、自分たちの研究紹介の最後に「みなさんも、いっしょに研究をしましょう」と呼び掛けた。これは、地域の社会課題解決につながる、科学技術を活用した優れた取り組みを表彰する「『STI for SDGs』アワード」の受賞者プレゼンテーションイベントでの一幕。山下さんと、同じく2年生で科学部の伊藤才華さん、松村星来さん、若田杏実さんの4人は、地球温暖化による海面水位の上昇量を予測する研究により、このアワードの「次世代賞」を受賞した。彼女たちと同校教諭で科学部顧問の宮﨑一さんに研究について聞いた。

今後、地球温暖化がさらに進めば、海面水位が上昇して、太平洋の島国の中には水没するところが出てくるのではないかと心配されている。そして、その影響は日本の沿岸地域にも及ぶ可能性がある。熊本県の天草地方は、市街地のほとんどが海に面した標高の低いところにあるため、海面水位の上昇次第では浸水被害が出るかもしれない。

そこで4人は、地球温暖化の影響で、将来的に海面水位が、どの程度上昇するのかを予測する研究に取り組んでいる。この研究は、同校がSSH(スーパーサイエンスハイスクール支援事業※)の指定を受けた2017年に科学部の先輩たちが始め、彼女たちが引き継いだものだ。自分たちの代でもぜひ続けたいと思った「すごい研究」とは一体どのようなものだろうか。

※スーパーサイエンスハイスクール支援事業とは、理数系教育に重点を置いた教育課程等に関する研究開発を行う文部科学省の事業。将来国際的に活躍し得る科学技術人材等の育成を図ることを目指しており、2019年度は全国で212校が指定されている。

植物はそれぞれに適した温度の地域に自生しており、地層の中にはその花粉の化石が含まれている。年代が特定できている地層に含まれる花粉の種類を特定すれば、その年代の植生がわかり、ひいては気温を推測することができるだろう。天草高校科学部は、花粉の分析による過去の気温の推測に加えて、植物プランクトンの珪藻(けいそう)を指標に過去の海面水位の推測も試みた。

ボーリングによって得られた円柱状の土壌試料「ボーリングコア」の2カ所以上から花粉と珪藻を採取し、まず花粉分析によって、それぞれの気温を推測する。さらに珪藻の中に、海(干潟)であったことを示す指標種のひとつ「Tryblionella granulata」の有無から海面水位を捉え、海面水位の変化(cm)を気温の変化(℃)で割ることで、気温が1℃上昇することにより海面が何cm上昇するかを割り出した。

さらに「気候変動に関する政府間パネル(IPCC)」※が2018年に公表した報告書にある「地球温暖化がこのまま進めば2030年から2052年の間にはさらに0.5℃上昇する」という報告をもとに、今後50年間の上昇温度を算出。最高で2.1℃上昇するという予測を立てて将来の海面水位上昇を計算した結果、50年後に最大で52.1cm上昇するとの予測が得られた。この研究は、高校生が花粉と珪藻の分析結果を組み合わせて将来の海面水位上昇を予測したことが高く評価され、「つくばScience Edge 2019」という科学アイデアコンテストで「探求指向賞」を受賞した。

※「気候変動に関する政府間パネル(IPCC: Intergovernmental Panel on Climate Change)」は、人為起源による気候変化、影響、適応及び緩和方策に関し、科学的、技術的、社会経済学的な見地から包括的な評価を行うことを目的として、1988 年に世界気象機関(WMO)と国連環境計画 (UNEP)により設立された組織。

4人は、先輩たちから受け継いだ研究をさらに発展させている。

「先輩たちが研究に使ったボーリングコアは、天草高校がある本渡(ほんど)から30㎞以上離れた阿村(あむら)という地域で採取されたものでした。私たちは、より身近な地域でも同じように海面水位が上昇するのかを確かめたくて、自分たちで本渡のボーリングコアを採取することを考えました」(伊藤さん)


自分たちの手で地元の土壌試料を採取しようとするが……

4人は、早速インターネットでボーリングのことを調べつつ、ハンドボーリングの器具を借りることができそうな天草市内の建設会社をリストアップし、電話で問い合わせた。快く貸し出しに応じてくれる会社が見つかり、器具を借り受けたところで重要なことに気が付いた。一口にハンドボーリングの器具といっても、コアを採取するためのものもあれば、地盤の硬さを調べるためのものもある。このとき借りられたのは、目的とは異なる後者の器具だったのだ。

それでも干満の差が最も大きい大潮の、干潮時の硬く干上がった干潟なら、なんとかボーリングコアの採取ができそうだと判断し、挑戦することにした。しかし、干潟に出かける時間帯を誤ったという。

潮が満ちてきている干潟でハンドボーリングを試みる山下さん(手前)と後輩部員。
※画像提供:天草高校

「干潟に着いたときには潮が満ち始めるタイミングでした。急いで掘り始めたのですが、海水が満ちてくると砂がドロドロになってしまい、コアを採取することはできませんでした」(若田さん)

そのうちに潮が満ちて干潟はすっかり海水に覆われてしまい、泳いで岸まで戻ったと聞くと、いかにボーリングコア採取に力を尽くしたかが伺える。日を改めて何度か、大潮の干潮時を狙って出かけようとしたが、そのたびに学校行事などと重なり、再挑戦する機会は得られなかった。

結局、自分たちでボーリングすることはあきらめ、天草市内にある地質調査会社から本渡のボーリングコアを提供してもらうことになったが、この挑戦を通じて彼女たちが得たものは大きかった。問い合わせた地元の会社はいずれも、突然の電話に快く対応してくれた上に活動への応援の言葉をかけてくれたそうで、この経験は、「地域貢献をしたい、しなければならない」という意志につながったという。また、失敗を重ねながらも全員で試行錯誤しディスカッションする中で高まったチームワークは、その後の活動にも大いに生かされていることだろう。


研究を通じて地球温暖化を我が事と考えるようになった

提供を受けた全長約21mのボーリングコアから5㎝間隔で堆積物を採取し、その中に含まれる珪藻と花粉の分析を行う。珪藻、花粉ともに観察の妨げとなる不純物を取り除く処理を行った後、顕微鏡で観察するための200枚以上のプレパラートを作成。顕微鏡で1枚1枚観察しながら珪藻と花粉の種類を特定していった。

珪藻については、前述した指標種が確認できれば、かつて海であったと判断できる。一方、花粉分析は「モダンアナログ法」※という手法を用いて行われた。コアに含まれていた花粉の種類とそれぞれの数を調べ、その情報をモダンアナログ法に基づいて作られたソフトウエアに入力して、気温と降水量を割り出していった。

※モダンアナログ法:地層の中に含まれる花粉の種類とその構成比から、過去の気温などを明らかにする手法。

先輩たちや宮﨑先生からのアドバイスを受けながら地道な作業を続けた結果、気温が1℃上昇するのに従い、海面水位が11.5cm上昇することが明らかになった。そして、先輩たちと同様にIPCCによる気温上昇の予測をもとに算出したところ、50年後には最大で24cm海面が上昇するとの予測が得られた。

この24㎝がもたらす地域への影響が気になった4人は、実際の堤防でシミュレーションを行った。その結果、海面が今より24cm上昇しているところに大型台風に伴う高潮が発生すると海水は堤防を越えてしまうことが分かった。これでは周辺の家屋の浸水は免れないだろう。この結果を受けて4人は、これまで、どこか人ごとのようにしか思えなかった地球温暖化の問題が、まさに自分たちが直面している危機であることを強く意識するようになったという。

引き続き研究を進めてデータの精度向上を目指し、堤防の高さをどれくらい上げれば安全かといった具体的な提言につなげようとしている一方で、彼女たちは今、海面水位上昇を予測する研究の輪を広げる活動を進めている。多くの人に自分の手で自分が住む地域の研究をしてもらい、地球温暖化を自分の問題として捉えてほしいという思いに突き動かされてのことだ。すでに「天草海部(あまくさうみぶ)」という天草の海の魅力を発信する住民グループと共同研究を行っているほか、科学イベントで自分たちの研究を紹介したり、他の地域の高校生に共同研究を持ち掛けたりしており、今後、さらに研究の輪は広がっていくことだろう。

また、自校や地域の小学校の文化祭で、珪藻を顕微鏡で観察するためのプレパラート作りの体験会などを実施することで、小中学生たちに研究の面白さを伝えようとしている。若田さんがこの取り組みの意義を語ってくれた。

「地球温暖化は自分たちに関わってくる問題です。高校生の私たちが海面水位上昇の研究をすることで、その問題の重要性が伝わりやすくなると思っています。将来社会に出て問題を解決していかないといけないのは私たちの世代であり、それを受け継いでくれるのは次世代なのです」

高校生の彼女たちから「次世代」という言葉がさらりと出てくるのは驚きだが、普段から地球温暖化について、何十年という長いスパンで考えていることの表れだろう。


あくまでも生徒の主体性を重視
先生は研究手法などのアドバイスに徹する

このような地元団体や他県の高校生との連携、そして次世代への働きかけなどは、全て彼女たちの発案によるもので、宮﨑先生はそれを見守ってきただけだという。では、研究自体についてはどうだったのだろうか。

「先生には、炭素年代測定や花粉の同定など研究のための手法やPCの使い方などは教えていただきました」と山下さんが言うと、宮﨑先生は、「私は彼女たちに振り回されるのを楽しんでいます」と笑う。先生には技術的な指導を受けたが、彼女たちは、分析の対象として地元本渡に目を向けたり、ハンドボーリングに挑戦したり、自ら考え行動してきた。このような主体性と積極性が育まれるのに一定の役割を果たしたと思われる同校の特徴的な取り組みがある。

熊本県立天草高等学校 教諭
科学部顧問 宮﨑一さん

天草高校では、1年生の時に全員が課題研究に取り組むように教育カリキュラムを組んでいるという。その研究は地域課題の解決につながるものでなければならない。このカリキュラムを進めるにあたって心がけていることを宮﨑先生が教えてくれた。

「たいていの生徒は研究のテーマ決めの段階で苦労しますが、教員がテーマを与えるということはせず、自分たちで考えさせるようにしています。社会で暮らしていく中で最も大事なのは、自ら課題を発見する力だと思っているからです」

また、地域課題を見つける助けになっているものに、SSHの枠組みで実施している「天草学連続講義」という、地元の企業や公的機関、大学などの主に理系の人たちから天草について講義してもらう取り組みがある。これにより生徒たちの視野がぐっと広がるという。

「課題研究を通じて身に付く、科学的に物事を探究していく姿勢は、将来どのような分野に進んだとしても生かせるのではないかと期待しています」と宮﨑先生は言う。


愛する故郷の未来のために

最後に地元天草に対する想いや目指す進路について聞いてみた。

松村星来さん

「生まれたときから住んでいる天草が危機に直面しているとしたら、対策を促して、住み続けられる街にしていきたいです」と語る松村さんは、高校卒業後は建築・土木の分野に進み、地球温暖化に対応した災害に強い家づくり、街づくりに取り組むことを希望している。

研究の面白さに魅せられて理学部を志望する山下さんと若田さんは、それぞれ、これまでの活動を振り返りこう語ってくれた。

山下志乃さん

「天草の海は、おいしい魚が獲れたりイルカが泳いでいたりというプラスのイメージが大きかったのですが、海面水位上昇の怖さを知った今は、プラスとマイナスの両方を意識しながら、美しい海を守っていければと思っています」(山下さん)

若田杏実さん

「私は天草の海が大好きなので、大学でも海に関わる研究をしていきたいなと思っています。SSH校で学んだことで、そういう将来に関わる意思を持つきっかけを得ることができたと思います」(若田さん)

伊藤才華さん

伊藤さんは地球温暖化問題とは分野が異なる放射線医学を学ぶことを望んでいるが、今後社会の中で増えてくるだろう地球温暖化対策についての議論の場などで、自分たちの研究で得られた知識やデータを生かしていきたいと考えている。さらに、「天草には海面水位上昇や過疎化のほかにも課題がいくつもあります。市役所などに具体的な対策を提案していくなど、やるべきことがたくさんあると感じています」と地元への想いを力強く語ってくれた。

先輩たちにあこがれて研究を引き継いだ4人の高校生は、地元に目を向けて研究を発展させ、科学的で具体的な解決策の提案につなげようとしている。そして、多くの人、多くの地域との連携の先に明るい未来を思い描いている。自分たちが生きていく地域や社会に対する意識を強く持って挑戦し続ける彼女たちのような若い世代が、日本の未来、そして地球の未来をつくっていくのだろう。

【地球温暖化の基礎知識】

地球温暖化とは、人間の活動などにより、二酸化炭素(CO₂)等の「温室効果ガス」が大気中に大量に放出され、地球全体の平均気温が上昇している現象のこと。本文で紹介したとおり、効果的な対策が行われないまま地球温暖化が深刻化すると、さまざまな影響がもたらされ、海面水位の上昇も心配されている。その原因は、第一に気温が上昇することにより、海水の体積が膨張することが挙げられる。さらに陸地にある氷河やグリーンランドの氷床が溶けることにより、大量の水が海に流れ込むことによっても、海面水位は上昇してしまう。「気候変動に関する政府間パネル(IPCC)」が発表した第5次評価報告書によると、今世紀末には最大で海面が82cm上昇するとの予測が示されている。

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